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基于SolidWorks建模技术的工程有限元仿真分析

时间:2013-08-03 00:40:04 来源:网络收集 作者:秩名 阅读:
  在工程有限元仿真分析中,现有的通用有限元分析软件有着各自的优缺点,而三维设计软件SolidWorks具有超强的建模功能。笔者利用SolidWorks的三维实体建模技术,以单洞四车道隧道为工程背景,建立了工程有限元仿真模拟现场的复杂模型,通过SolidWorks与通用有限元仿真分析软件提供的通用数据格式,将隧道三维模型转换为有限元仿真分析网格模型。通过MIDAS/GTS计算出结果,验证了基于SolidWorks建模技术应用于有限元仿真分析计算是切实可行的。
  有限元仿真分析的合理性很大程度上取决于模型建立的正确性,目前在有限元仿真分析中大多采用相近或者简略模型,因此导致计算结果与实际情况存在较大差异。应用基于SolidWorks等三维设计软件超强的建模技术,实现与通用有限元分析软件之间数学模型和数据的转换与传输,完成有限元仿真模拟前复杂模型的建立工作,弥补有限元软件建造复杂模型方面的不足,从而实现有限元仿真分析的快速、准确、有效性。笔者以复杂地形条件下某单洞隧道为例,应用SolidWorks方便、快速地建立隧道三维仿真模型。并利用通用有限元分析软件与CAD/CAM程序的数据接口功能,经过数据转换后将隧道模型导入ANSYS、FLAC3D、MIDAS/GTS、COMSOL Multiphysics等多个有限元分析软件,完成隧道仿真模型的布尔代数运算和四面体单元划分,验证了SolidWorks实体、参数化建模技术应用于有限元仿真分析计算是切实可行的。
  1 建模与分析软件介绍
  1.1 三维CAD建模软件—SolidWorks
  SolidWorks是目前应用最为广泛的机械设计自动化(Mechanical Design Automation)软件之一,其构造三维模型的思路和过程与设计人员的思维过程相似,其功能强大,容易掌握,尤其以具有真正的特征造型功能而深受用户欢迎,并且利用插件形式提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换器,可以很方便地与其他三维CAD软件如Pro/E、UG、MDT等进行数据交换。
  1.2 大型有限元仿真分析软件
  大型通用有限元程序,它们以功能强、用户使用方便、计算结果可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品,成为工程计算强有力的分析工具。目前,有限元法在现代结构力学、热力学、流体力学和电磁学等许多领域都发挥着重要作用。当前,在中国工程界比较流行,被广泛使用的大型有限元分析软件有ANSYS、ADINA、MSC/Nastran、ABAQUS、Simulation、ALGOR、MARC、FLACAD、MIDAS等。
  ANSYS软件将有限元分析、计算机图形学和优化设计相结合,形成了比较完善的有限元分析和处理软件。它可进行静力分析、动力分析、热分析、电磁分析和耦合分析等多种分析,能与多数的CAD软件接口,实现数据的共享和交换。FLAC3D是美国ItascaConsulting Group Inc开发的连续介质三维快速拉格朗日法分析软件。它广泛应用于边坡和路基的设计和稳定性问题、浅基和深基工程、土石坝和混凝土坝设计、隧道围岩稳定性评价与支护、采矿工程设计等方面,是岩土工程中的一种重要研究工具。MIDAS/GTS代表了当前工程软件发展的最新技术,在隧道工程与特殊结构领域为人们提供了一个崭新的解决方案。MIDAS/GTS可以对复杂的几何模型进行可视化的直观建模。另外在后处理中,它能以表格、图形、图表形式自动输出简洁实用的计算书。
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